陶瓷高校《系統辨識》課程的教學改革分析

王建宏++朱永紅

摘 要針對陶瓷高校自動化專業的學生特點，研究“系統辨識”課程的教學改革分析。通過教學目的規劃、教學方法的改進、教學實踐的設計和教學自學與創新能力的培養四個方面來分析該課程中所存在的問題及其相應的改革建議。

【關鍵詞】陶瓷；系統辨識；教學改革

1 引言

“系統辨識”課程是工科專業的一門專業課程，是為其它學科做好模型準備的課程。雖然“系統辨識”課程在所有高校中都已開設，但各高校有其辦學理念，使得各門課程都應與本校的特色相關聯。通過對“系統辨識”課程的學習，使大學本科生掌握系統辨識的基本點和辨識方法，為自適應控制課程提供建模思想。

簽于作者所在高校為景德鎮陶瓷學院，該校是一所陶瓷為特色的院校。因此在我校自動化教研室開設“系統辨識”課程因抓住陶瓷特色，將“系統辨識”課程的原理及辨識策略等應用于陶瓷機械大生產，如建立壓電陶瓷的非線性系統辨識及其相應的自適應控制模式。因為“系統辨識”課程具有很強的數學理論性與邏輯性，需要深厚的數學、信號、通信和概率統計方面的知識作為背景，所以在本科生高年級的課堂教學中具有教授難度較大，學生很難對其中的原理與辨識算法做深入的理解。“系統辨識”課程中牽涉到很多的辨識算法，這些辨識算法雖然其推導過程較簡單，但要如何能夠得心應手地在陶瓷機械大生產中使用，需有一個從理論上升到實踐的過程。如何讓學生真正掌握“系統辨識”課程中的辨識算法，如何自己編寫一些較簡單的辨識算法是本課程的主要難點，提高學生的自學能力和創新意識。

2 教學內容

“系統辨識”課程分為10章節，第1、2、3章著重論述系統辨識的基本概念和以后各章節所需要的基本知識。特別是第1章，作為全部課程的起點，初學者應該認真細讀，并在學習過程中經常加以回顧，充分理解全部課程的主要內容。第4章到第9章主要討論各種辨識方法，這是全部課程的核心部分。在討論經典辨識方法的同時，重點介紹現代的辨識方法。這樣分類闡述，是學生對眾多的辨識方法有一個完整的概念。第10章著重研究辨識算法的統一性。由于第5章至第9章主要致力于各種特定辨識方法的討論，它們的共性未能被揭示。

3 教學改革分析

針對以上在講授“系統辨識”課程過程中所存在的某些實際問題，僅僅結合我校陶瓷特色的主題，為大力提高陶瓷高校“系統辨識”課程的教學質量，培養學生對工科控制思想的興趣，針對以下方法提出若干關于本課程“系統辨識”的一些教學改革方面，建議“系統辨識”課程在工科院校開設的某些措施：

3.1 教學目的規劃：

“系統辨識”課程的數學理論性非常強，需要深厚的數學背景知識，所以使得在講授過程中會出現較多的數學推導公式的存在。這些數學推導公式無疑會給工科學生帶來厭煩性，為使學生能靜下心來專心研究其中的數學推導過程，這需要一種推動力。因此在講授這門篇理論課之前，就需要闡述本課程的重要性，這種重要性可從某些實際例子來說明。比如實際陶瓷機械化大生產中關于壓電陶瓷的建模，就需要采用“系統辨識”課程中的若干辨識算法。從實際的例子中來說明系統辨識的重要性，若沒有系統辨識來建模，即沒有關于任何系統對象的數學模型，后期的壓電陶瓷的自適應控制或陶瓷窯爐的火焰預測控制等。比如在講授系統辨識算法中的最小二乘法時，可穿插最小二乘法的由來。

3.2 教學方法的改進：

多媒體是教學的輔助手段，它和板書一樣，直觀性強，幫助學生理解、記憶、分析等。多媒體教學引導學生對學習的向往，具有良好的興趣和動機，在學習活動中獲得快樂和享受，是教師在課堂教學中所追求的目標。如在講授多種基本系統辨識算法原理后，可由多媒體教學的形式給出這幾種辨識算法的比較：

3.3 教學實踐的設計：

“系統辨識”課程中的所有理論都要付諸于實中，但實踐中不可能制造出一個實物來驗證辨識算法的有效性，這就使得學生先在實驗室予以實現辨識算法。目前基于MATLAB仿真程序的系統辨識算法在很多高校中都開展大幅度教學。因MATLAB仿真語言易于自學，在我校的“系統辨識”課程的教學中要著重突出MATLAB仿真語言的使用。

簽于我校為以陶瓷主題為特色的高校，對于系統辨識算法在壓電陶瓷機械化大生產中的壓機系統的建模可采用最常見的最小二乘辨識算法來予以實現。采用MATLAB仿真語言的仿真程序來建立壓機被控系統對象的最小二乘算法。

4 結語

對于陶瓷高校的“系統辨識”課程，為適應本校以陶瓷特色為主題，根據實際的教學經驗總結出在教學中所存在的若干問題，分別從教學目的規劃、教學方法的改進和教學實踐的設計來闡述本課程的改革措施。

參考文獻

[1]U，Forssell，L Ljung.Closed loop identification revisited[J].Automatica，1999，35（7）：1215-1241.

[2]L Ljung.System identification：Theory for the user[M]：Prentice Hall.1999.

[3]Pintelon R，Schoukens J.System identification：a frequency domain approach [M].New York：IEEE Press， 2001.

[4]Juan C，Augero.A virtual closed loop method for closed loop identification[J].Automatica，2011， 47（8）：1626-1637.

[5]王建宏.基于先進辨識的控制策略研究及其應用[D].南京：南京航空航天大學（博士學位論文），2011.

作者單位

景德鎮陶瓷學院機電學院 江西省景德鎮市 333403